"ஒளிமயமான எதிர்காலம்": உலகின் முதல் பயன்பாட்டு ஒளி வழி குவாண்டம் கணினி : தொழில்நுட்ப ரகசியங்கள்

Описание: 1. குவாண்டம் கணினிகளுக்கு ஒளியை ஏன் தேர்ந்தெடுக்க வேண்டும்?
வழக்கமான குவாண்டம் கணினிகள் எதிர்கொள்ளும் மிகப்பெரிய சவால் 'டிகோஹரன்ஸ்' (Decoherence), அதாவது குவாண்டம் நிலை மிக விரைவாக அழிந்துவிடுவது. ஆனால் ஒளிசார் குவாண்டம் கணினி பின்வரும் காரணங்களுக்காகத் தனித்து நிற்கிறது:
   • The Genius of Computing with Light  
• சிதைவற்ற நிலை: ஒளியின் துகள்கள் (Photons) எடையற்றவை மற்றும் ஒளியின் வேகத்தில் பயணிக்கின்றன. பிக் பேங் (Big Bang) பெருவெடிப்பின் போது உருவான ஒளியின் துகள்கள் இன்றும் அவற்றின் குவாண்டம் நிலையைத் தக்கவைத்துள்ளன. இதிலிருந்து ஒளியின் குவாண்டம் நிலை சிதைவடைய பல பில்லியன் ஆண்டுகள் ஆகும் என்பதை அறியலாம்.
• அதிவேகத் தொடர்பு: கணினியின் பல்வேறு பகுதிகளுக்கு இடையே தகவலைப் பரிமாற ஒளி மிகவும் இயற்கையான ஊடகமாகும்.
• அளவிடுதல் (Scalability): லேப்டாப்கள் அல்லது சூப்பர் கம்ப்யூட்டர்கள் பல சிப்களை இணைப்பது போல, ஒளிசார் குவாண்டம் அமைப்புகளை ஃபைபர் ஆப்டிக்ஸ் மூலம் எளிதாக இணைக்க முடியும்.
--------------------------------------------------------------------------------
2. முக்கிய தொழில்நுட்பக் கூறுகள் மற்றும் கண்டுபிடிப்புகள்
2.1 சிலிக்கான் சிப் மற்றும் அலை வழிகாட்டிகள் (Waveguides)
தற்போதைய எலக்ட்ரானிக்ஸில் பயன்படுத்தப்படும் 300mm சிலிக்கான் வேஃபர்களையே SciQuantum பயன்படுத்துகிறது. இதில் 100 நானோமீட்டர் அளவுள்ள சிறிய முகடுகள் செதுக்கப்படுகின்றன. இவை ஒளியை சிப்பிற்குள் வழிநடத்தும் 'ஆப்டிகல் ஃபைபர்' போலச் செயல்படுகின்றன.
2.2 ஒற்றை போட்டான் உருவாக்கம் (Single Photon Generation)
கணக்கீடுகளுக்குத் துல்லியமாக ஒரு நேரத்தில் ஒரு போட்டான் தேவைப்படுகிறது. இதற்கு 'ஸ்பாண்டேனியஸ் ஃபோர்-வேவ் மிக்ஸிங்' (Spontaneous Four-Wave Mixing) என்ற முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது:
• லேசர் ஒளியை வளைய வடிவிலான அலை வழிகாட்டிகளுக்குள் (Ring Resonators) செலுத்தி, புதிய ஒரு ஜோடி போட்டான்களை உருவாக்குகின்றனர்.
• இதில் ஒரு போட்டான் 'ஹெரால்டிங் போட்டான்' (Heralding Photon) என அழைக்கப்படுகிறது. இது மற்றொன்று உருவானதை உறுதிப்படுத்தத் தியாகம் செய்யப்படுகிறது.
2.3 கண்டறிதல் தொழில்நுட்பம் (SNSPD)
ஒற்றை போட்டானைக் கண்டறிய 'சூப்பர் கண்டக்டிங் நேனோவயர் சிங்கிள் போட்டான் டிடெக்டர்கள்' (SNSPD) பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
• பொருள்: நயோபியம் நைட்ரைடு (Niobium Nitride).
• செயல்பாடு: ஒரு ஒற்றை போட்டான் இந்த கம்பியில் மோதும்போது ஏற்படும் மிகச்சிறிய வெப்பம், அதன் சூப்பர் கண்டக்டிவிட்டி நிலையை உடைக்கிறது. இது ஒரு மின் சமிக்ஞையாக மாற்றப்பட்டு கண்டறியப்படுகிறது.
• திறன்: தற்போது இது 93% முதல் 99% துல்லியத்துடன் செயல்படுகிறது.
2.4 BTO மற்றும் அதிவேக ஸ்விட்சிங்
ஒளியின் வேகத்திற்கு இணையாகச் செயல்பட 'பேரியம் டைட்டனேட் ஆக்சைடு' (Barium Titanate Oxide - BTO) என்ற புதிய பொருள் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது மின்சாரத்தை மாற்றும்போது ஒளியின் வேகத்தையும் பாதையையும் மாற்றும் திறன் கொண்டது (Gigahertz speeds).
--------------------------------------------------------------------------------
3. குவாண்டம் பாய்ச்சல்: விண்வெளி-நேர மாற்றீடு (Space-to-Time Conversion)
ஒரு சிப்பிலிருந்து மற்றொரு சிப்பிற்கு குவாண்டம் தகவலை மாற்றும்போது, சுற்றுச்சூழல் அதிர்வுகளால் தகவல் சிதைந்துவிடும் அபாயம் உள்ளது. இதைத் தவிர்க்க SciQuantum ஒரு மேதாவிலாசமான முறையைப் பின்பற்றுகிறது:
முறை
செயல்பாடு
இடஞ்சார்ந்த குறியாக்கம் (Spatial Encoding)
தகவல் இருவேறு பாதைகளில் பயணிக்கும் போட்டானாகச் சேமிக்கப்படுகிறது.
நேரக் குறியாக்கம் (Time Encoding)
ஒரு பாதையைச் சிறிது தாமதப்படுத்தி (1 nanosecond), இரண்டு தகவல்களையும் ஒரே ஃபைபர் வழியாக வெவ்வேறு நேர இடைவெளியில் அனுப்புகின்றனர்.
பலன்
சுற்றுச்சூழல் பாதிப்புகள் இரண்டு நேர இடைவெளிகளையும் சமமாகப் பாதிப்பதால், அவற்றின் இடையேயான தொடர்பு (Phase relationship) சிதையாமல் பாதுகாக்கப்படுகிறது.
--------------------------------------------------------------------------------
4. உள்கட்டமைப்பு மற்றும் குளிர்விப்பு (Cryostat Systems)
SciQuantum-ன் கணினிகள் 'MK2' என்று அழைக்கப்படும் ராட்சத குளிர்சாதனப் பெட்டி போன்ற அமைப்புகளுக்குள் வைக்கப்பட்டுள்ளன:
• வெப்பநிலை: இவை 2 கெல்வின் (-271.15°C) வெப்பநிலையில் பராமரிக்கப்படுகின்றன.
• சிறப்பம்சம்: மற்ற சூப்பர் கண்டக்டிங் குவாண்டம் கணினிகள் (20 மில்லி கெல்வின்) தேவைப்படுவதை விட இது 100 மடங்கு வெப்பமானது. இதனால் பராமரிப்பு செலவு குறைவு மற்றும் கணினியின் உறுதித்தன்மை அதிகம்.
• அமைப்பு: ஒவ்வொரு MK2 பெட்டியும் பல குவாண்டம் சிப்களைக் கொண்ட 'பிளேடுகளை' (Blades) உள்ளடக்கியது.

5. முக்கிய முடிவுகள் மற்றும் எதிர்காலத் திட்டங்கள்
SciQuantum மேற்கொண்ட சோதனையில், 250 மீட்டர் நீளமுள்ள ஃபைபர் ஆப்டிக்ஸ் மூலம் இருவேறு லேப்களுக்கு இடையே குவாண்டம் தகவலைப் பரிமாறி, 99.7% துல்லியத்தை (Fidelity) எட்டியுள்ளனர்.
எதிர்கால இலக்குகள்:
1. தொழிற்சாலை அளவிலான கட்டுமானம்: ஆஸ்திரேலியா மற்றும் சிகாகோவில் மிகப்பெரிய அளவில் குவாண்டம் கணினி மையங்களை அமைக்கத் திட்டமிட்டுள்ளனர்.
2. மில்லியன் கணக்கான கியூபிட்கள்: ஒளியின் தனித்துவமான பண்புகளைப் பயன்படுத்தி மில்லியன் கணக்கான குவாண்டம் பிட்களை (Qubits) ஒன்றிணைத்துச் செயல்பட வைப்பது.
முடிவுரை
குவாண்டம் கணினி என்பது ஒரு தத்துவார்த்த ஆய்வகக் கருவி என்ற நிலையிலிருந்து, தொழிற்சாலைகளில் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு முழுமையான கணினி அமைப்பாக மாறும் நிலையில் உள்ளது. SciQuantum-ன் ஒளிசார் அணுகுமுறை, சிக்கலான பொறியியல் சவால்களை முறியடித்து, அளவிடக்கூடிய (Scalable) மற்றும் நம்பகமான குவாண்டம் கணினியை உருவாக்கும் பாதையில் மிக முக்கியமான மைல்கல்லாகக் கருதப்படுகிறது.